CN107685135A - 静压铸造制动轮壳铸件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了静压铸造制动轮壳铸件，涉及静压铸造技术领域。包括制备用于静压铸造制动轮壳的砂型，砂型内腔自来吊砂成型；制备用于静压铸造制动轮壳的浇注液；建立用于静压铸造制动轮壳的凝固模拟。本发明通过对模型拔模斜度、过度角、棱的处理，造型气压排泄方式改进，实现了静压铸造制动轮壳内腔完全采用自来芯成型；解决了静压铸造造型自来芯避免断裂、烧结、粘砂；通过一型多件静压铸造，并且在上模型的型腔须要通过气道联通，计算保证每个型腔收到的气体压力是一致的，拔模前2‑3秒产生平衡压力从而帮助铸型脱模。

Description

静压铸造制动轮壳铸件

技术领域

本发明属于静压铸造技术领域，特别是涉及静压铸造制动轮壳铸件。

背景技术

随着经济的的发展、竞争的激烈和技术的进步，当今全球机械装备零部件研发的趋势是：组件一体化，功能组合化。车辆及工程机械上行驶传动系统的两个重要零件制动鼓和六角轮整合为一个制动轮壳零件，就是明显一例。整合后的制动轮壳不但保证以前两个零件的功能，并且尺寸更精密，性能更稳定。但是，制造难度也大幅度增加了。

气冲造型线虽具有设备简单、紧实速度快等优点。但其工艺适应性差，并不适应高吊砂及大平面铸型生产，像制动毂起模的成型率就不高，生产曲轴时工艺上的处理也比较麻烦。

静压造型是自动造型线上常用的湿型砂造型紧实工艺，被认为是较为理想的造型方法，其设备主要由匀砂斗，百叶窗式加砂斗、储气包和吹气阀、多触头、余砂框、带排气塞的模板及模板框、举升工作台、模板回转更换装置、上机架移动装置等组成。

(1)加砂：以自然落下的方法通过匀砂斗进入百叶窗式加砂斗，将一定量的型砂填入砂箱和余砂框内。匀砂斗的作用是将型砂均匀的分布在整个砂箱面上。砂子的加入量通过称重系统或者备用的时间定量系统可以准确控制。砂斗内部配置喷分型液装置，在加砂前向模型上喷分型液。

(2)气流予紧实

定量斗移至加砂位置，同时压头移至型腔上方，工作台上升，这时压头、余砂框、砂箱和模板形成一个封闭腔，按设定的时间和压力快速打开吹气阀，气流携带型砂向模板方向流动，完成良好的填充并得到予紧实。空气经模板框周边和模板上的排气塞及排气阀排出。

(3)压实

砂型在多触头的压实下得到最终紧实，压实比压可在0.3～1.1Mpa区间内调节。

(4)起模

采用回程起模方式将模板与铸型分离。

静压造型与气冲造型的不同在于它把气冲变成吹气，把吹气变成填砂及予紧实手段，并增加了多触头压实过程。它通过压实，尽可能的缩小了铸型强度上的差值，保证铸型硬度均匀性。提高了铸型在砂箱高度上的利用率，并从根本上改变了气冲造型的t。搭桥，，现象，工艺性很好。适合多种汽车铸件生产，后桥另件像主减壳、圆柱齿轮壳、制动毂、刹车盘、轴差外壳、曲轴等件的生产都没问题。

配有高压多触头压实的静压造型机，并不是任何情况下都要吹气予紧实，据统计，大约65％的铸件直接压实，即可以获得满意的型腔硬度。

静压造型技术的实质是“气流预紧实+压实”，有以下优点：可以用于生产薄壁、尺寸精度高、形状复杂的铸件；铸型轮廓清晰；表面硬度高且均匀；拔模斜度小；型板利用率高、工艺装备磨损小；铸型表面粗糙度低、铸型废型率低；设备生产率、自动化程度高；工人劳动强度低。静压铸造多方面的集成优势，越来越为铸造企业接受和应用。

在产业结构调整和技术进步的大环境中，铸件向高、精、尖发展是必然趋势，铸件不仅要求薄壁、轻量、整体化和外表美观，同时也要求其强度和耐久性，铸件的高品质化和特质化是今后的发展方向。静压造型技术以其高效节能、铸件光洁、轮廓清晰、尺寸精度一致性好、综合制造成本低，而于近几年在国内外得到大力推广应用，被称为铸造生产上的重大革新和工艺技术上的一次革命。

现有专利ZLCN201611214625.3《一种高强度叉车制动毂铸造》，通过(1)使用所述的树脂砂制作砂型，(2)浇注液的制作，(3)将上述原料在电炉内加热至熔炼温度，形成浇注液；(4)向所述的树脂砂型中浇注所述的浇注液，凝固后形成铸件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静压铸造制动轮壳铸件，通过对模型拔模斜度、过度角、棱的处理，造型气压排泄方式改进，实现了静压铸造制动轮壳内腔完全采用自来芯成型；解决了静压铸造造型自来芯避免断裂、烧结、粘砂。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为静压铸造制动轮壳铸件，其制备方法包括：

制备用于静压铸造制动轮壳的砂型，砂型内腔自来吊砂成型；

其中，所述吊砂的孔洞直径与孔洞深度之比为1:1～2；

其中，所述吊砂的直径最小为50mm，吊砂拔模斜度最小为5°；

其中，所述砂型的上模型的型腔通过排气通道联通，每个型腔受到的气体压力一致；

制备用于静压铸造制动轮壳的浇注液；

其中，所述浇注液的浇注温度在1380℃-1400℃的范围；

建立用于静压铸造制动轮壳的凝固模拟；

其中，所述凝固模拟通过软件对静压铸造的充型过程和凝固过程进行计算机数值模拟。

进一步地，所述砂型根据静压造型线砂箱尺寸，设置一型多件，分别由多个浇冒口对其进行浇注及补缩。

进一步地，所述凝固模拟通过软件CAD/CAE进行充型过程、凝固后期的缩松、缩孔分布数值模拟。

进一步地，所述砂型的相邻两铸件的型腔通过溢流浇口相互连通，所述溢流浇口中间再固定一个出气针，所述出气针铣通。

进一步地，所述溢流浇口为扁管形通道。

进一步地，所述砂型的棱角处设置有圆角处理。

进一步地，所述砂型的浇注系统中引入泡沫陶瓷过滤片，设置在横浇道的进水端。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过对模型拔模斜度、过度角、棱的处理，造型气压排泄方式改进，实现了静压铸造制动轮壳内腔完全采用自来芯成型。

2、本发明通过在浇注系统中引入泡沫陶瓷过滤片，设置在横浇道的进水端，有效的过滤铁水中的杂质，并有铁水成分均质化效果。

3、本发明通过采用静压铸造造型自来芯(吊砂)避免断裂、烧结、粘砂的设计原则：吊砂直径φ与高度H之比φ/H≧1:2，最小吊砂直径φ≧50MM，吊砂拔模斜度≧5°，吊砂底部需要大的有沟槽的排气孔使气体排出从而达到满意的砂型紧实度和硬度。

4、本发明通过一型多件静压铸造，并且在上模型的型腔须要通过气道联通，计算保证每个型腔收到的气体压力是一致的，拔模前2-3秒产生平衡压力从而帮助铸型脱模。

5、本发明通过调整和掌握好铁水压力与铸型中气体向型腔内迁移产生的压力达到平衡，是静压铸造起模完好，避免型面毛糙、断芯。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的静压铸造制动轮壳铸件的砂型布置工艺图；

图2为充型过程的数值模拟图；

图3为凝固后期的缩松、缩孔分布数值模拟图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

制动轮壳是日本TCM公司的216G3—02051等两种，材质等同于国标HT250，由制动鼓和六角轮整合后的一个新零件；铸件壁厚差别较大，最厚约45mm，最薄约5mm，产品批量大，要求性能稳定、尺寸精度高、表面质量好。

表1：制动轮壳机械性能

制动轮壳金相组织要求：

A型石墨≥80％，石墨大小3—5级，珠光体≥90％，(磷共晶+渗碳体)≤2％，并均匀分布。

铸件致密性要求：

铸件应采用剖开或者进行X-ray检测铸件内在致密性，要求：缺陷A类(气孔)、B类(夹杂物)、C类(缩松)缺陷不能超过2级。

该静压铸造制动轮壳铸件，其制备方法包括：

制备用于静压铸造制动轮壳的砂型，砂型内腔自来吊砂成型，砂型包括上模型和下模型1；工艺布置如图1所示，砂型根据静压造型线砂箱尺寸，设置一型六件，分别由两个浇冒口3对其进行浇注及补缩；砂型的棱角处设置有圆角处理，模型完全不能有尖锐的角落—需要一些辐射范围，且将可能越大越好。

砂型的排气系统：通过在砂型的相邻两铸件的型腔2通过溢流浇口相互连通，溢流浇口中间再固定一个出气针，出气针铣通；溢流浇口为扁管形通道；并且采用盲气眼和明气眼并用并将气眼针增粗的排气原则，废品率基本上维持在3％左右，获得的表面无粘砂的光洁铸件。

其中，排气位置的设计要根据铸件的结构及型板布置而定，尽可能不设在铸件本体上；排气面积的设计要根据浇注速度及浇口的截面积进行计算，保证排气通畅；

表2：增加铸型排气的情况

其中，吊砂的孔洞直径与孔洞深度之比为1:1～2；也就是说如果直径为50毫米，那么孔洞的深度不得大于75毫米。

其中，吊砂的直径最小为50mm，吊砂拔模斜度最小为5°；

其中，砂型的上模型的型腔通过排气通道联通，每个型腔受到的气体压力一致；静压铸造铸型设置排气通道的基本规则：出气孔根部总断面积≧内浇口总断面积。

制备用于静压铸造制动轮壳的浇注液；

其中，浇注液的浇注温度在1380℃-1400℃的范围；其中，砂型的浇注系统中引入泡沫陶瓷过滤片，设置在横浇道4的进水端。

建立用于静压铸造制动轮壳的凝固模拟；

其中如图2和图3所示，凝固模拟通过软件对静压铸造的充型过程和凝固过程进行计算机数值模拟；凝固模拟通过软件CAD/CAE进行充型过程、凝固后期的缩松、缩孔分布数值模拟。模拟结果，对工艺进行优化调整，从而方便、快捷地对铸件可能出现的缺陷进行预测、分析和控制。

针对静压铸造紧实度高，起模困难，以及为了保证模型和铸件尺寸稳定，提高生产效率，改善铸件表面质量，在模型设计制造上发明并申报了2项实用新型专利，分别为：

a.铸造用砂型造型起模装置(专利号：201320439579.2)；

b.铸造砂型造型用辅助模具(专利号：201320561076.8)，均用于该静压铸造起模。

本发明通过对模型拔模斜度、过度角、棱的处理，造型气压排泄方式改进，实现了静压铸造制动轮壳内腔完全采用自来芯成型；通过对静压铸造造型气压的进气方式和压力的再设计，配合改进设计模型逸气结构，实现铸型紧实度的合理和均匀，有效的解决了静压造型铸型紧实度方向性差异的顽疾；总结确定了静压铸造造型自来芯(吊砂)避免断裂、烧结、粘砂的设计原则：吊砂直径φ与高度H之比φ/H≧1:2，最小吊砂直径φ≧50MM，吊砂拔模斜度≧5°，吊砂底部需要大的有沟槽的排气孔使气体排出从而达到满意的砂型紧实度和硬度；试验验证了静压铸造铸型设置排气通道的基本规则：出气孔根部总断面积≧内浇口总断面积。

采用静压铸造，通过对模型拔模斜度、过度角、棱的处理，造型气压排泄方式改进，实现了制动轮壳内腔完全采用自来芯成型。

改进设计了静压铸造模型的逸气结构，调整造型气压，实现铸型紧实度的合理和均匀。消除了静压造型铸型紧实度方向性差异的顽疾。

利用华铸CAE模拟软件不但对壳体的凝固过程进行模拟，而且对其充型过程进行模拟，根据模拟结果和实际生产情况，对其浇注系统进行优化。

在浇注系统中引入泡沫陶瓷过滤片，设置在横浇道的进水端，有效的过滤铁水中的杂质，并有铁水成分均质化效果。

将所有上模型的型腔须要通过气道联通，计算保证每个型腔收到的气体压力是一致的，拔模前2-3秒产生平衡压力从而帮助铸型脱模。消除了一型多件静压铸造起模时，常出现的砂型损坏或吊砂断裂问题。

通过设计的起模导柱技术，有效保证了起模平稳性和方向性；彻底消除了起模过程中铸型的损坏问题。

合理设置铸型的排气通道，保障铸型型腔排气的畅通，同时有利于解决静压铸造铸型自来吊砂断裂和铸件的粘砂问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.静压铸造制动轮壳铸件，其特征在于，其制备方法包括：

制备用于静压铸造制动轮壳的砂型，砂型内腔自来吊砂成型；

其中，所述吊砂的孔洞直径与孔洞深度之比为1:1～2；

其中，所述吊砂的直径最小为50mm，吊砂拔模斜度最小为5°；

其中，所述砂型的上模型的型腔通过排气通道联通，每个型腔受到的气体压力一致；

制备用于静压铸造制动轮壳的浇注液；

其中，所述浇注液的浇注温度在1380℃-1400℃的范围；

建立用于静压铸造制动轮壳的凝固模拟；

其中，所述凝固模拟通过软件对静压铸造的充型过程和凝固过程进行计算机数值模拟。

2.根据权利要求1所述的静压铸造制动轮壳铸件，其特征在于，所述砂型根据静压造型线砂箱尺寸，设置一型多件，分别由多个浇冒口对其进行浇注及补缩。

3.根据权利要求1所述的静压铸造制动轮壳铸件，其特征在于，所述凝固模拟通过软件CAD/CAE进行充型过程、凝固后期的缩松、缩孔分布数值模拟。

4.根据权利要求1所述的静压铸造制动轮壳铸件，其特征在于，所述砂型的相邻两铸件的型腔通过溢流浇口相互连通，所述溢流浇口中间再固定一个出气针，所述出气针铣通。

5.根据权利要求4所述的静压铸造制动轮壳铸件，其特征在于，所述溢流浇口为扁管形通道。

6.根据权利要求1所述的静压铸造制动轮壳铸件，其特征在于，所述砂型的棱角处设置有圆角处理。

7.根据权利要求1所述的静压铸造制动轮壳铸件，其特征在于，所述砂型的浇注系统中引入泡沫陶瓷过滤片，设置在横浇道的进水端。